Opracowanie technologii hybrydowych elementów konstrukcyjnych z wykorzystaniem robotyki i wielkoskalowego druku 3D
Opracowanie technologii hybrydowych elementów konstrukcyjnych z wykorzystaniem robotyki i wielkoskalowego druku 3D. Fot. Altrinis
W ramach projektu zrealizowanego przez firmę Altrinis, przy wsparciu środków unijnych, opracowano innowacyjną technologię produkcji hybrydowych elementów konstrukcyjnych łączącą zaawansowane systemy robotyczne oraz wielkoskalowy druk 3D. Technologia ta pozwala na wytwarzanie lekkich elementów prefabrykowanych ze zbrojeniem kompozytowym i polimerowym, o wysokiej odporności mechanicznej i środowiskowej, przeznaczonych dla budownictwa mieszkaniowego oraz przemysłowego.
FOT. 1 Przemysłowy robot KUKA
W pierwszym etapie prac, głównym wyzwaniem była integracja 6-osiowego robota przemysłowego KUKA (FOT. 1) z ekstruderami przemysłowymi, sterowanymi oprogramowaniem Rhinoceros z rozszerzeniem Grasshopper. Dokonano weryfikacji różnych materiałów polimerowych i kompozytowych, ostatecznie wybierając trzy spełniające wymagania wytrzymałościowe: poliamid PA6 GF 28%, ABS-PC GF 15% oraz PLA GF 20%. Osiągnięto skuteczną integrację robota z ekstruderami, umożliwiając jednoczesną koekstruzję materiałów polimerowych ze zbrojeniem włóknem ciągłym (szklanym, bazaltowym lub węglowym). Dowiedz się więcej >>
Drugi etap projektu dotyczył optymalizacji topologicznej kratownic przestrzennych (FOT. 2) przeznaczonych do elementów konstrukcyjnych (nadproży, dyl stropowych i ściennych). Symulacje numeryczne wykonano metodą elementów skończonych (MES) z użyciem systemu Siemens-Nastran. Wyselekcjonowano 15 konfiguracji kratownic, które zostały zweryfikowane eksperymentalnie na Politechnice Gdańskiej, potwierdzając zgodność z wymaganiami konstrukcyjnymi dotyczącymi ugięć (L/250).
FOT. 2 Kratownica przestrzenna z włókna węglowego
W trzecim etapie opracowano receptury betonowych materiałów wypełniających o różnej gęstości, zawierających domieszki ulepszające i włókna kompozytowe. Zaprojektowane mieszanki betonowe spełniły wymagania dotyczące izolacyjności termicznej, akustycznej i ogniowej (FOT. 3).
Istotnym osiągnięciem projektu było rozwiązanie problemu skutecznego kotwienia kompozytowych kratownic w betonie (FOT. 4), realizowanego poprzez specjalne punkty stabilizujące (metalowe lub polimerowe), na które nawija się włókno ciągłe. Technologia ta pozwala na znaczną redukcję przekroju prętów kratownicowych przy zachowaniu wysokich parametrów wytrzymałościowych oraz eliminuje problemy adhezji materiałów polimerowych w betonie.
 |
 |
|
FOT. 3 Kratownice polimerowe wypełnione materiałami betonowymi |
FOT. 4 Kratownica przestrzenna z metalowymi punktami stabilizującymi |
Wyprodukowane elementy prefabrykowane zostały poddane szerokim badaniom (FOT. 5), w tym wytrzymałościowym, ogniowym, akustycznym oraz termicznym. Wyniki potwierdziły spełnienie wszystkich normowych wymagań dla budownictwa mieszkaniowego. Osiągnięta została wysoka izolacyjność termiczna i akustyczna, a także odporność ogniowa na poziomie REI 30–60, w zależności od rodzaju elementu i użytego betonu. Sprawdź>>
FOT. 5 Badania wytrzymałościowe dyla ściennego
W ramach eksperymentalnych prac rozwojowych wykonano obiekt modelowy (FOT. 6), który pozytywnie przeszedł badania polowe i potwierdził skuteczność zaprojektowanych metod łączenia oraz stabilność fizyczno-techniczną konstrukcji. W rezultacie opracowano innowacyjne rozwiązanie, zgłoszone do ochrony patentowej, charakteryzujące się lekkością, wysoką trwałością oraz możliwością zastosowania w agresywnych środowiskach (np. morskim).
FOT. 6 Dyle ścienne i stropowe obiektu modelowego
Kolejnym krokiem firmy Altrinis jest uzyskanie Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA), umożliwiającej wdrożenie technologii na rynek europejski, co potwierdza wysoki potencjał komercjalizacyjny opracowanego rozwiązania.
Obecnie firma Altrinis prowadzi dalsze badania, skupiając się na rozszerzeniu technologii druku 3D na produkcję wielkoformatowych dźwigarów przestrzennych z włókna węglowego. Planowane jest zastosowanie innowacyjnych materiałów wypełniających, takich jak spienione żywice poliuretanowe oraz piany syntaktyczne (spienione żywice epoksydowe) z wypełniaczami w postaci sfer polimerowych, szklanych i ceramicznych. Głównym celem tych działań jest opracowanie ultralekkich, wytrzymałych i odpornych na ekstremalne warunki środowiskowe dźwigarów o dowolnej topologii, przeznaczonych do zastosowań w przemyśle morskim, kosmicznym, obronnym oraz nowoczesnym budownictwie.
